Диагностические признаки минералов

Важнейшими харатеристиками минералов являются их кристаллическая структура и химический состав. Все остальные свойства минералов вытекают из них или с ними взаимосвязаны. Основные свойства минералов, являющиеся диагностическими признаками и позволяющие их определять, следующие:

• Облик кристаллов и форма граней - обусловлены в первую очередь строением кристаллической решётки.
• Твердость. Определяется по шкале Мооса
• Блеск - световой эффект, вызываемый отражением части светового потока, падающего на минерал. Зависит от отражательной способности минерала.
• Спайность - способность минерала раскалываться по определенным кристаллографическим направлениям.
• Излом - специфика поверхности минерала на свежем не спайном сколе.
• Цвет - признак, с определённостью характеризующий одни минералы (зелёный малахит, синий лазурит, красная киноварь), и очень обманчивый у ряда других минералов, окраска которых может варьировать в широком диапазоне в зависимости от наличия примесей элементов-хромофоров либо специфических дефектов в кристаллической структуре (флюориты, кварцы, турмалины).
• Цвет черты - цвет минерала в тонком порошке, обычно определяемый царапанием по шершавой поверхности фарфорового бисквита.
• Магнитность - зависит от содержания главным образом двухвалентного железа, обнаруживается при помощи обычного магнита.
• Побежалость - тонкая цветная или разноцветная плёнка, которая образуется на выветрелой поверхности некоторых минералов за счёт окисления.
• Хрупкость - прочность минеральных зёрен (кристаллов), обнаруживающаяся при механическом раскалывании. Хрупкость иногда увязывают или путают с твёрдостью, что неверно. Иные очень твёрдые минералы могут с лёгкостью раскалываться, т.е. быть хрупкими (например, алмаз)

Эти свойства минералов легко  определяются в полевых условиях.

 

Диагностические признаки.  

 

В этой лекции рассмотрим другие физические свойства. К ним относятся: цвет, блеск, прозрачность; твердость, плотность, спайность, излом и др. свойства.

ЦВЕТ минерала определяется его способностью поглощать определенную часть светового спектра. Ферсман  выделил 3 рода окрасок минералов  по происхождению :

• идиохроматическую (своя собственная),
• аллохроматическую (алло - чужой),
• псевдохроматическую (псевдо - ложный).

Идиохроматическая - в состав минерала входит элемент, дающий окраску- хромофор. Например, железо дает черную или бурую окраску, свинец- серый, медь- зеленый и т. д.

Аллохроматическая - окраска  за счет элементов-примесей, изменяющих окраску минерала. Например, кварц  бесцветный минерал, а его разновидности  аметист, морион окрашены в фиолетовый или черный цвет за счет примесей атомов Fe .

Псевдохроматическа я - обусловлена  включениями посторонних минералов. Например, минерал лабрадор обладает темным собственным цветом, но при  рассмотрении его под разными  углами наблюдается синяя окраска. Она обусловлена тонкими включениями  минерала ильменита , который изменяет светопреломление.

Иногда на поверхности  минерала появляется радужная окраска, называемая побежалостью - возникает  за счет образования тонкой пленки окислов на его поверхности.

МИНЕРАЛЫ - ЭТАЛОНЫ ЦВЕТА 

синий - азурит	бурый – лимонит
зеленый - малахит	свинцово-серый – молибденит
красный - киноварь	черный – магнетит
золотисто-желтый - золото	латунно-желтый - халькопирит

ЦВЕТ ЧЕРТЫ – цвет минерала в порошке. Часто цвет черты повторяет  цвет минерала, но бывают и отклонения. Например, минералы магнетит и хромит имеют черный цвет, а их цвет в  порошке или цвет черты отличаются: у магнетита черта черная, а  у хромита - темно-бурая.

ПРОЗРАЧНОСТЬ – способность  минерала пропускать свет. По этому  признаку минералы разделяются на прозрачные, полупрозрачные и непрозрачные.

БЛЕСК – способность отражать падающий свет. По отражательной способности  минералов блеск подразделяется на металлический и неметаллический. Металлический блеск имеют минералы с высокой отражательной способностью. Неметаллический блеск подразделяют на : стеклянный, жирный, перламутровый  и т.д.

СПАЙНОСТЬ – способность  минералов раскалываться под  ударом с образованием ровных поверхностей параллельных граням, ребрам и др. кристаллографическим направлениям. Выделяют спайность :

- весьма совершенная (слюда,  тальк),

- совершенная (кальцит,  галит),

- средняя (полевые шпаты,  роговая обманка),

- несовершенная (оливин, апатит),

- весьма несовершенная  (золото, корунд).

ИЗЛОМ – вид поверхности  при расколе минерала. Бывает –  ровный , ступенчатый, раковистый, занозистый, землистый и т.д.

ПЛОТНОСТЬ – зависит от химического состава и структуры  минерала. Все минералы по плотности  подразделяются на: легкие (1-3 г/см 3 ), тяжелые (3,5-9 г/см 3 ), очень тяжелые (9-23 г/см3).

ТВЕРДОСТЬ – способность  минерала сопротивляться механическому  воздействию. Выделяют абсолютную и  относительную твердости.

Абсолютную твердость  определяют прибором, называемым склерометр в кг /мм 3 .

Относительная твердость  определяется сравнительным путем. Для этого берут минерал с  известной твердостью и воздействуют им или на него другим минералом. Существует эталонная шкала для определения  относительной твердости минералов. Её разработал австрийский минералог  Моос в 1824 г., поэтому названа его  именем. В ней подобраны 10 минералов, которые располагаются в порядке  возрастания твердости и номер  эталонного образца в ней означает величину относительной твердости  этого минерала.

МИНЕРАЛЫ ШКАЛЫ МООСА 

1. Тальк Mg 3 [ Si 4 О10 ] (OH)2	6 . Ортоклаз К [ Al Si2 O8]
2 . Гипс Са SO 4 . 2H2 O	7. Кварц SiO2
3. Кальцит СаСО3	8. Топаз Al2 [ SiO4 ] (F,OH)2
4. Флюорит Са F2	9. Корунд Al2O3
5 . Апатит Ca5 [ PO4 ] 3 (F,OH)	10. Алмаз С

Когда нет под рукой  эталонной шкалы, пользуются стеклом, гвоздем, стальным ножом или напильником, т.е. заменителями эталонных минералов.

Кроме перечисленных свойств, которые проявляются у всех минералов, существуют свойства присущие отдельным  минералам или группе минералов. Их называют особые свойства и к  ним относятся :

• Магнитность - определяется по отклонению минералом стрелки компаса;
• Люминесценция – любое излучение минералом света без накаливания. Выделяют: флюоресценцию - свечение минерала происходит при облучении ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами, фосфоресценцию - продолжение свечения минерала после прекращения облучения; люминесценция наблюдается у минералов, содержащих в кристаллической решетке примеси ионов. Так минерал шеелит светится бледно-голубым цветом за счет включений МОЛИБДЕНА.
• Пьезо - и пироэлектрические. Пьезоэлектричество- это явление, когда под действием давления вдоль полярной оси кристалла на её концах концентрируются положительные и отрицательные заряды. Пироэлектричеств о- тоже явление (появление электрических зарядов) только под действием температуры при нагревании.
• Реакция с соляной кислото й - происходит выделение углекислого газа, реакция хорошо наблюдается визуально.
• Вкус и запах - некоторые минералы издают запах, при каком - либо воздействии на них (при ударе и т.п.), другие минералы - соленые или горько-соленые на вкус (каменная соль).
• Радиоактивность - ею обладают минералы, содержащие радиоактивные элементы.

Все основные свойства проявляются (кроме особых) у каждого минерала. Часто разные по химическому составу  минералы бывают внешне похожи по одному или нескольким свойствам. Например, по цвету, блеску, прозрачности минералы кварц и кальцит похожи и их трудно отличить по этим свойствам. Но по другим свойствам - твердости и  спайности они резко отличаются друг от друга. Эти свойства для них  являются диагностическими признаками . Таким образом, свойства минералов, по которым их можно определить или  отличить друг от друга являются их диагностическими признаками.

Все свойства минералов изучают :

• макроскопически, т.е. определяют свойства визуально;
• с помощью лабораторных исследований с привлечением разнообразных приборов и анализаторов: так химический состав минерала устанавливается после проведения ряда химических или спектральных анализов для определения элементов, входящих в его состав;
• строение кристаллической решетки определяют с помощью рентгеноструктурного анализа, основанного на отражении и дифракции рентгеновских лучей от кристаллографических плоскостей. В последнее время для изучения структуры минерала применяют электронный микроскоп;
• оптические свойства минералов изучают под микроскопом.

Сейчас создано много  приборов, которые позволяют сделать  комплекс лабораторных исследований прямо  в образце, содержащем исследуемый  минерал, т.е. отпадает трудоемкая работа по извлечению минерала в чистом виде, без примесей другого минерала.

Изучение свойств минералов  дало толчок экспериментальным исследованиям  для получения минералов в  лабораторных условиях. Такие исследования позволяют моделировать условия  образования минералов, что представляет несомненный научный интерес. Практическое значение таких исследовани й- получение  искусственных минералов для  ювелирной промышленности, радиоэлектроники и др. отраслей.

О названиях минералов - многие пришли из древних времен:

- на основе физических  свойств или химического состава  (например - магнетит, никелин),

- по географическому месту  открытия (ильменит - в Ильменских  горах, арагонит - по испанской  провинции);

- по имени великих ученых  или деятелей – уваровит (мини  стр пр освещения Уваров), шеелит (в честь ученого химика Шееле  открывшего элемент W ).

Многие минералы, кроме  основного, имеют одно или несколько  других названий, называемых синонимами. Например, флюорит- плавиковый шпат, сфалерит- цинковая обманка и т.д.

Процессы минералообразования  в природе происходят по законам  физической химии и термодинамики. Главными факторами являются химический состав среды, температура и давление. Все они в процессе минералообразования  изменяют свои параметры, т.е. являются величинами переменными. Изменение  величины концентрации химических элементов, температуры и давления может  протекать плавно и постепенно, или  скачкообразно резко. При таких  условиях минералы могут кристаллизоваться  одновременно-последовательно друг за другом: оливин → пироксен → роговая обманка; или одновременно, например, при интенсивном испарении морской воды в лагунах образуются залежи солей, состоящие из минералов: галит → сильвин → карналит → гипс → сера. Такое совместное нахождение минералов, образовавшихся на определенной стадии процесса минералообразования называется ПАРАГЕНЕЗИС МИНЕРАЛОВ. А минералы, образовавшиеся совместно на какой - то определенной стадии минералообразования называются парагенетической ассоциацией. Знание парагенезисов минералов имеет большое научное и практическое значение. Так было теоретически и практически установлено, что в кимберлитовых трубках совместно с алмазами кристаллизуется минерал группы гранатов - ПИРОП. В Якутии по находкам пиропа были открыты месторождения алмазов.

Классификация минералов 

Сейчас известно ~ 3000 минералов  и каждый год их число увеличивается. Как ориентироваться в этом многочисленном и разнообразном мире минералов? Для этого ученые группируют или  систематизируют их на основе каких-то признаков. То есть проводят классификацию. В минералогии были попытки создать  классификацию на основе разных признаков: например по твердости, блеску или спайности; по условиям образования или генезису. Но есть минералы, которые могут  образоваться совершенно в разных условиях. С середины прошлого столетия минералы стали классифицировать по химическому  составу – по доминирующему аниону или анионной группе. Но только после  появления рентгеноструктурного анализа  и определения с его помощью  внутреннего строения минералов  стало возможным установить тесную связь между химическим составом минерала и его кристаллической  решеткой. Это открытие положило начало принципу кристаллохимической классификации  минералов. Впервые это сделали  ученые Брэгг и Гольдшмидт для  силикатов.

За основную единицу при  такой классификации принят минеральный  вид , обладающий определенной кристаллической  структурой и определенным стабильным химическим составом. Минеральный вид  может иметь разновидности. Под  разновидностью понимают минералы одного вида, отличающиеся друг от друга по какому-то физическому признаку, например по цвету минерал кварц многочисленными  разновидностями (черный – морион, прозрачный – горный хрусталь, фиолетовый – аметист).